第1章 绪论 1
1.1 预测控制的发展背景 1
1.2 预测控制的变量选择 2
1.3 工业预测控制的基本结构 4
1.4 常用的数学知识 6
1.4.1 确定性过程 6
1.4.2 随机过程 7
1.4.3 最小二乘估计原理 9
1.5 工业预测控制的数学模型 10
1.5.1 多变量系统模型 11
1.5.2 动态模型与稳态模型 17
1.6 本书内容编排 18
第2章 状态估计与开环预测 20
2.1 投影理论 21
2.1.1 线性最小方差估计和投影 22
2.1.2 新息序列和递推投影公式 24
2.2 Kalman滤波器和预报器 25
2.2.1 Kalman滤波器 26
2.2.2 Kalman预报器 30
2.2.3 时变系统、有色噪声和噪声相关情形 32
2.3 稳态Kalman滤波器与预报器 36
2.4 基于阶跃响应模型和Kalman滤波器的开环预测 39
2.4.1 稳定型CV的开环预测 40
2.4.2 积分型CV的开环预测 43
第3章 稳态目标计算方法 45
3.1 实时优化和外部目标 46
3.2 稳态目标计算的经济优化和目标跟踪问题 47
3.2.1 稳态目标计算的经济优化方法 47
3.2.2 稳态目标计算的目标跟踪问题 52
3.3 稳态目标计算的可行性判定与软约束调整 53
3.3.1 可行性判定与软约束调整的加权方法 54
3.3.2 可行性判定与软约束调整的优先级方法 57
3.3.3 软约束调整与经济优化的折中 62
3.4 线性与二次规划 63
3.4.1 线性规划算法描述 63
3.4.2 二次规划算法描述 68
第4章 稳定过程的双层结构动态矩阵控制 72
4.1 开环预测模块 73
4.1.1 开环动态与稳态预测值 74
4.1.2 开环预测误差 76
4.2 稳态目标计算模块 76
4.2.1 将约束统一为关于MV稳态增量的形式 77
4.2.2 引入辅助变量和松弛变量，将约束统一为不含MV稳态增量的等式形式 79
4.2.3 软约束的优先级排名和每个优先级约束的确定 80
4.2.4 稳态目标计算的可行性阶段 82
4.2.5 稳态目标计算的经济优化阶段：不含软约束情况 84
4.2.6 稳态目标计算的经济优化阶段：含最低优先级软约束情况 85
4.3 动态控制模块 86
4.4 动态矩阵控制的等价形式 95
4.4.1 无约束动态矩阵控制 95
4.4.2 二次规划动态矩阵控制 101
第5章 含积分输出的双层结构动态矩阵控制 104
5.1 开环预测模块 105
5.1.1 被控系统数学模型 105
5.1.2 稳定型CV部分 106
5.1.3 积分型CV部分 107
5.2 稳态目标计算问题描述 110
5.2.1 稳定型CV部分的稳态预测模型 110
5.2.2 积分型CV部分的稳态模型与约束 111
5.3 多优先级稳态目标计算算法 115
5.3.1 将约束统一表达为关于MV稳态增量的形式 115
5.3.2 软约束的优先级排名以及每个优先级约束的确定 118
5.3.3 稳态目标计算的可行性阶段 118
5.3.4 稳态目标计算的经济优化阶段：不含软约束情况 121
5.3.5 稳态目标计算的经济优化阶段：含最低优先级软约束情况 122
5.4 动态控制模块 122
5.4.1 动态控制的设定值 124
5.4.2 动态控制算法 125
5.5 仿真算例 127
第6章 基于状态空间模型的双层结构预测控制 139
6.1 干扰模型与可检测性 139
6.1.1 不可测扰动模型 140
6.1.2 增广模型的可检测性 141
6.1.3 积分型输出的扰动模型 144
6.2 开环预测模块 146
6.3 稳态目标计算模块 148
6.3.1 将约束统一表达为关于控制摄动稳态增量的形式 149
6.3.2 稳态目标计算的可行性阶段 151
6.3.3 稳态目标计算的经济优化阶段：不含软约束情况 153
6.4 动态控制模块 154
6.5 其他备选方案 161
6.5.1 消除稳态工作点 161
6.5.2 将被控输出作为状态 163
6.5.3 将操作变量作为状态 166
6.6 能控性、能观性、可镇定性、可检测性 167
第7章 输入输出模型参数辨识 170
7.1 工业过程的测试 170
7.1.1 测试信号 170
7.1.2 过程测试与数据采集 176
7.1.3 数据预处理 177
7.2 最小二乘参数辨识的基本原理 178
7.3 非参数化输入输出模型辨识 181
7.3.1 待辨识模型的描述 181
7.3.2 数据处理 183
7.3.3 模型辨识方法 185
7.4 仿真研究 195
第8章 状态空间模型的子空间辨识法 199
8.1 子空间辨识常用的投影与矩阵分解理论 199
8.1.1 投影理论 199
8.1.2 QR分解和SVD分解 201
8.2 子空间辨识基本原理 203
8.2.1 问题描述 203
8.2.2 子空间矩阵方程 205
8.2.3 子空间辨识的基本思想 207
8.3 几种典型的开环子空间辨识算法 209
8.3.1 线性回归分析法 209
8.3.2 N4SID方法 211
8.3.3 PO-MOESP法 211
8.4 开环辨识实验与仿真研究 212
8.4.1 Shell重油分馏塔模型 212
8.4.2 CD播放器机械臂模型 213
8.4.3 燃料电池模型 215
8.4.4 连续搅拌反应釜模型 216
8.4.5 三容水箱系统实验 219
8.5 闭环子空间辨识 223
第9章 双层结构预测控制的无静差特性 228
9.1 基于状态空间模型的目标跟踪问题 228
9.2 基于状态空间模型的动态控制和无静差特性 231
9.3 双层结构动态矩阵控制的无静差特性 238
9.4 无静差控制的基础即动态稳定性的研究现状 239
第10章 双层结构预测控制的非线性和自由度变换 243
10.1 非线性变换方法 243
10.2 变自由度的双层结构预测控制 247
10.3 氯乙烯分馏塔应用实例 248
参考文献 252